JP2008053104A - 燃料電池用モニタ端子構造およびそれを備えた燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する端子同士の接触を防止することができる燃料電池用モニタ端子構造およびそれを備えた燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池用モニタ端子構造は、複数のセルが積層されたスタックに設けられた燃料電池用モニタ端子構造であって、複数のセルのそれぞれの端部に設けられた端子１４を備え、端子１４は、隣接するいずれか一方の端子１４側に折り曲げられ、折り曲げ方向に延長しかつ端子１４が設けられたスタックの側壁に垂直な方向から見た場合に、隣接する端子１４との間に所定の間隔を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池用モニタ端子構造およびそれを備えた燃料電池に関する。

燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率を実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。

一般的に、燃料電池は、電解質膜がアノードとカソードに挟持されて構成されるセルがセパレータを介して複数積層されたスタック構造を有する。このような構成においては、各セルにおいて正常に発電が行われているかをモニタするために、各セルにモニタ端子が取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−７９１９２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、各セルのシール位置のずれによってモニタ端子に曲げ応力がかかるおそれがある。この場合、曲げ応力によるモニタ端子の曲げによって隣接するモニタ端子同士が接触して、セル同士が短絡するおそれがある。

本発明は、隣接する端子同士の接触を防止することができる燃料電池用モニタ端子構造およびそれを備えた燃料電池を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池用モニタ端子は、複数のセルが積層されたスタックに設けられた燃料電池用モニタ端子構造であって、複数のセルのそれぞれの端部に設けられた端子を備え、端子は、隣接するいずれか一方の端子側に折り曲げられ、折り曲げ方向に延長しかつ端子が設けられたスタックの側壁に垂直な方向から見た場合に、隣接する端子との間に所定の間隔を有することを特徴とするものである。

本発明に係る燃料電池用モニタ端子においては、端子の折り曲げ角度が変化しても隣接する端子同士の接触を防止することができる。例えば、シール位置のずれ等によって端子に曲げ応力がかかって隣接する端子同士が接近した場合においても、端子同士の接触を防止することができる。それにより、各セルの発電電圧を個別にモニタすることができる。

端子は、スタックの積層方向に対して傾斜する方向に折り曲げられていてもよい。この場合、各セルの互いに対応する位置に端子を設けることができる。また、セルは金属製のセパレータを備え、端子はセパレータに設けられていてもよい。また、セパレータと端子とは、一枚の金属箔からなるものであってもよい。

隣接する一枚の金属箔は、実質的に同形状を有していてもよい。この場合、金属箔の製造コストが低下する。それにより、本発明に係る燃料電池用モニタ端子構造が適用される燃料電池のコストが低下する。また、セルは、セパレータの外周縁部をシールするガスケットシールを有するシールガスケット一体型膜電極接合体をさらに備えていてもよい。この場合、ガスケットシールの位置ずれによって端子が傾斜する場合においても、端子同士の接触を防止することができる。

本発明に係る燃料電池は、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用モニタ端子構造を備えたことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池においては、端子の折り曲げ角度が変化しても隣接する端子同士の接触を防止することができる。したがって、各セルの発電電圧を個別にモニタすることができる。

本発明によれば、隣接する端子同士の接触を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の第１実施例に係る燃料電池１００の概略図である。図１に示すように、燃料電池１００は、発電部１、ターミナル２ａ，２ｂ、インシュレータ３ａ，３ｂ、エンドプレート４ａ，４ｂおよびテンションプレート５ａ，５ｂを含む。

発電部１は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって発電を行うセル３０が複数積層された構造を有する。発電部１の構造の詳細は、後述する。ターミナル２ａは発電部１上に設けられ、ターミナル２ｂは発電部１下に設けられている。ターミナル２ａ，２ｂは、発電部１の発生電力を外部に取り出すための配線等を備える。インシュレータ３ａはターミナル２ａ上に設けられ、インシュレータ３ｂはターミナル２ｂ下に設けられている。インシュレータ３ａ，３ｂは、絶縁体から構成され、発電部１の発生電力の漏電を防止する。

エンドプレート４ａはインシュレータ３ａ上に設けられ、エンドプレート４ｂはインシュレータ３ｂ下に設けられている。テンションプレート５ａは発電部１の前面側に設けられ、テンションプレート５ｂは発電部１の後面側に設けられている。エンドプレート４ａとエンドプレート４ｂとの間には所定の圧力が加圧されている。テンションプレート５ａ，５ｂのそれぞれは、エンドプレート４ａおよびエンドプレート４ｂに複数の締結ボルトによって締結されている。それにより、各積層部品の位置ずれを防止することができる。

図２は、発電部１の一の側壁部の模式的断面図である。図２に示すように、セル３０は、シールガスケット一体型膜−電極接合体（以下、シールガスケット一体型ＭＥＡと称する）２０上にセパレータ１０が積層された構造を有する。シールガスケット一体型ＭＥＡ２０は、膜−電極接合体（以下、ＭＥＡと称する）２１およびガスケットシール部２２を備える。

ＭＥＡ２１は、プロトン導電性を備える電解質膜の両面に触媒層が形成された発電部２４、発電部２４の一面側に形成されたガス拡散層２３および発電部２４の他面側に形成されたガス拡散層２５を備える。ガス拡散層２３，２５は、多孔質状の導電性材料からなる。本実施例においては、ＭＥＡ２１の一面側がカソードとして機能し、ＭＥＡ２１の他面側がアノードとして機能する。

シールガスケット一体型ＭＥＡ２０は、ＭＥＡ２１の外周縁部にガスケットシール部２２が接合された構造を有する。ガスケットシール部２２は、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料から構成される。ガスケットシール部２２は、金型のキャビティにＭＥＡ２１の外周端部を臨ませて、上記樹脂材料を射出成形することによって作製される。

セパレータ１０は、平板形状を有し、カソード対向プレート１１とアノード対向プレート１３とによって、中間プレート１２が挟持された構造を有する。アノード対向プレート１３は、中間プレート１２の一面側に設けられている。カソード対向プレート１１は、中間プレート１２の他面側に設けられている。セパレータ１０を構成するこれら３枚のプレートは、ホットプレス等によって接合されている。カソード対向プレート１１、中間プレート１２およびアノード対向プレート１３は、金属製のプレートからなる。これらの金属製プレートとしては、チタン、チタン合金、ステンレス等の耐食性の高いものを用いることができる。

セパレータ１０およびガスケットシール部２２には、燃料ガスを発電部１に供給するためのマニホールド、燃料ガスを発電部１から排出するためのマニホールド、酸化剤ガスを発電部１に供給するためのマニホールド、酸化剤ガスを発電部１から排出するためのマニホールド等が形成されている。一例として、図２には、燃料ガス供給マニホールド４０が図示されている。

また、各セル３０の端部には、モニタ用の端子１４が設けられている。この端子１４を用いて各セル３０の発電電圧を検出することができる。端子１４は、各セル３０の端部から外部に突出し、突出する途中で隣接するいずれか一方の端子１４の方向に折り曲げられた形状を有する。本実施例においては、端子１４は、カソード対向プレート１１の一端部から外部に突出して折り曲げられている。また、端子１４とカソード対向プレート１１とは、一体的に形成されており、一枚箔からなる。このように、端子１４が折り曲げられていれば、複数の端子１４の折り曲げ部によって所定の面が形成される。したがって、平板状の配線回路と複数の端子１４とを容易に接触させることができる。

以下、図３を参照しつつ、端子１４の形状の詳細について説明する。図３は、発電部１の正面側を図示した模式図である。各セル３０の上記一端部側が発電部１の正面側に対応する。図３に示すように、端子１４は、折り曲げ方向に延長しかつ発電部１の正面側から発電部１の正面側の壁面に対して垂直方向に見た場合に、隣接する端子１４との間に所定の間隔を有する。すなわち、端子１４の折り曲げ角度が変化しても端子１４同士の接触を防止することができる。本実施例においては、隣接する各端子１４の長さ方向は平行になっている。隣接する端子１４同士の間隔は、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

続いて、各セル３０のガスケットシール部２２の位置ずれによって端子１４に曲げ応力がかかる場合を説明する。図４は、１つのガスケットシール部２２が発電部１の内部方向にずれた場合を示す。図４においては、便宜的に、交互に積層されたセパレータ１０およびガスケットシール部２２に、セパレータ１０ａ、ガスケットシール部２２ａ、セパレータ１０ｂ、ガスケットシール部２２ｂ、セパレータ１０ｃおよびガスケットシール部２２ｃのように区別して符号を付す。また、セパレータ１０ａ，１０ｂ，１０ｃに設けられたモニタ用端子に、端子１４ａ，１４ｂ，１４ｃのように区別して符号を付す。

図４に示すように、ガスケットシール部２２ｂが発電部１の内部方向にずれると、ガスケットシール部２２ｂによるセパレータ１０ｂ，１０ｃのシール箇所が発電部１の内部方向に移動する。この場合、ガスケットシール部２２ａによるセパレータ１０ｂのシール箇所とガスケットシール部２２ｂによるセパレータ１０ｂのシール箇所との間にずれが生じる。それにより、端子１４ｂは、先端が発電部１側に接近するように傾斜する。また、ガスケットシール部２２ｂによるセパレータ１０ｃのシール箇所とガスケットシール部２２ｃによるセパレータ１０ｃのシール箇所との間にずれが生じる。それにより、端子１４ｃは、先端が発電部１から遠ざかるように傾斜する。その結果、端子１４ｂと端子１４ｃとが互いに接近する。

本実施例においては、端子１４ｂと端子１４ｃとが互いに接近しても、端子１４ｂと端子１４ｃとの接触を防止することができる。したがって、各セル３０間の短絡を防止することができる。本実施例に係る構成においては、各セル３０を薄型化して端子同士が接近しても、端子同士の接触を防止することができる。したがって、各セル３０の発電電圧を個別にモニタすることができる。

図５は、端子１４の製造方法について説明するための模式図である。図５（ａ）に示すように、まず、矩形の金属プレートからなるカソード対向プレート１１の一辺から突出する端子１４が形成された一枚箔１５を準備する。次に、図５（ｂ）に示すように、この端子１４を一枚箔１５に対して垂直方向に折り曲げる。それにより、図４に示すカソード対向プレート１１および端子１４を製造することができる。

上記端子１４は、カソード対向プレート１１に対して垂直方向に折り曲げた場合に隣接する端子１４間に所定の隙間が空くように、傾斜している。この場合の傾斜角度は、端子１４の幅、長さ、端子１４間の距離等によって決定される。このように端子１４を傾斜させれば、各一枚箔１５の形状を実質的に同一にすることができる。したがって、一枚箔１５の製造コストを低下させることができる。なお、ここでいう実質的に同一とは、同一形状の一枚箔１５を形成する際の誤差程度の差異は考慮されないことを意味する。

本実施例においては、複数の端子１４が燃料電池用モニタ端子構造に相当し、発電部１がスタックに相当する。

（変形例１）
続いて、端子１４の第１変形例である端子１４ｄ，１４ｅについて説明する。図６は、端子１４ｄ，１４ｅを示す図である。図６に示すように、端子１４ｄ，１４ｅは、端子１４と同様に、各セル３０の端部から外部に突出し、隣接する端子方向に折り曲げられている。また、端子１４ｄを折り曲げ方向に延長しかつ発電部１の正面側から発電部１の正面側の壁面に対して垂直方向に見た場合に、隣接する端子１４ｄと端子１４ｅとの間に所定の間隔が空いている。また、端子１４ｅを折り曲げ方向に延長しかつ発電部１の正面側から発電部１の正面側の壁面に対して垂直方向に見た場合に、隣接する端子１４ｅと端子１４ｄとの間に所定の間隔が空いている。

本変形例においては、端子１４ｄ，１４ｅは、発電部１の正面側において千鳥状に設けられている。このような構成であれば、一枚箔の種類を、端子１４ｄを含む一枚箔と端子１４ｅを含む一枚箔との２種類に抑えることができる。したがって、一枚箔の製造コストを低下させることができる。なお、本変形例においては、複数の端子１４ｄ，１４ｅが燃料電池用モニタ端子構造に相当する。

（変形例２）
続いて、端子１４の第２変形例である端子１４ｆについて説明する。図７は、端子１４ｆを示す図である。図７に示すように、端子１４ｆは、端子１４と同様に、各セル３０の端部から外部に突出し、隣接する端子１４ｆ方向に折り曲げられている。端子１４ｆを折り曲げ方向に延長しかつ発電部１の正面側から発電部１の正面側の壁面に対して垂直方向に見た場合に、隣接する端子１４ｆ間に所定の間隔が空いている。それにより、端子１４ｆ同士の接触を防止することができる。本変形例においては、複数の端子１４ｆが燃料電池用モニタ端子構造に相当する。

本発明の第１実施例に係る燃料電池の概略図である。 発電部の一側壁部の模式的断面図である。 発電部の正面側を図示した模式図である。 １つのガスケットシール部が発電部の内部方向にずれた場合を示す。 端子の製造方法について説明するための模式図である。 第１変形例に係る端子１４を示す図である。 第２変形例に係る端子１４を示す図である。

符号の説明

１ 発電部
１０ セパレータ
１４ 端子
１５ 一枚箔
２０ シールガスケット一体型ＭＥＡ
２１ ＭＥＡ
２２ ガスケットシール部
３０ セル
１００ 燃料電池

Claims (7)

1. 複数のセルが積層されたスタックに設けられた燃料電池用モニタ端子構造であって、
   前記複数のセルのそれぞれの端部に設けられた端子を備え、
   前記端子は、隣接するいずれか一方の端子側に折り曲げられ、折り曲げ方向に延長しかつ前記端子が設けられた前記スタックの側壁に垂直な方向から見た場合に、隣接する前記端子との間に所定の間隔を有することを特徴とする燃料電池用モニタ端子構造。
2. 前記端子は、前記スタックの積層方向に対して傾斜する方向に折り曲げられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用モニタ端子構造。
3. 前記セルは、金属製のセパレータを備え、
   前記端子は、前記セパレータに設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用モニタ端子構造。
4. 前記セパレータと前記端子とは、一枚の金属箔からなることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用モニタ端子構造。
5. 隣接する前記一枚の金属箔は、実質的に同形状を有することを特徴とする請求項４記載の燃料電池用モニタ端子構造。
6. 前記セルは、前記セパレータの外周縁部をシールするガスケットシールを有するシールガスケット一体型膜電極接合体をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用モニタ端子構造。
7. 前記請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池用モニタ端子構造を備えたことを特徴とする燃料電池。

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